Klima neboli podnebí je průměrné (charakteristické) počasí na daném místě za delší časové období, typicky za několik desetiletí. Globální klima je výsledkem křehké rovnováhy, kde svoji důležitou úlohu na jedné straně hraje poloha Země vzhledem ke Slunci a na straně druhé „klimatický systém Země“ se vzájemným působením ovzduší, vody, ledu, zemské kůry a také všech živých organismů. V současnosti nabývá na významu další faktor – činnost člověka.
Průměrná globální teplota na Zemi je v ustáleném stavu dána množstvím energie, která přichází na zemský povrch a je zemským povrchem pohlcena. Tato energie přichází z jedné třetiny ve formě dopadajícího slunečního záření a ze dvou třetin ve formě vyzařování atmosféry (konkrétně troposféry) směrem k zemskému povrchu, tj. ve formě tzv. skleníkového efektu atmosféry. I když sluneční záření je jediným významným zdrojem energie pro klimatický systém Země, skleníkový efekt atmosféry je natolik silný, že účinnost tohoto zdroje pro zemský povrch ztrojnásobuje. Na zemském povrchu je vlastně jako pod peřinou.
Atmosféra pohlcuje většinu tepla, které zemský povrch ztrácí, a velkou část tohoto tepla na zemský povrch vyzařováním opět vrací. Bez tohoto „skleníkového efektu atmosféry“ by zemský povrch ztrácel do vesmíru tolik tepla, že by celá Země byla pokryta ledem a sněhem, teplota by se pohybovala hluboko pod bodem mrazu. Skleníkový efekt atmosféry umožňují „skleníkové plyny“ obsažené v atmosféře. K nejvýznamnějším patří vodní pára, oxid uhličitý (CO2), metan a některé další plyny přirozeně se vyskytující v atmosféře.
Příčinou současné klimatické změny je zesilování skleníkového efektu atmosféry vlivem nárůstu množství skleníkových plynů v důsledku produkce tzv. antropogenních skleníkových plynů. Antropogenními se rozumí ty skleníkové plyny v atmosféře, jejichž produkce je částečně nebo i zcela závislá na životních projevech lidské populace. Za nejúčinnější antropogenní skleníkové plyny jsou pokládány oxid uhličitý, metan, ozon, oxid dusný a některé průmyslově vyráběné sloučeniny (fluorované uhlovodíky, fluorid sírový, freony…).
V geologické minulosti Země docházelo neustále ke změnám klimatu. Doklady jsou v zásadě k dispozici na základě paleoklimatických údajů pro období posledních 542 milionů let. V kvartéru (2,588 milionů let) byla variabilita klimatu charakteristická střídáním tzv. glaciálů (chladná období s výrazným nástupem zalednění) a interglaciálů (teplá období s ústupem zalednění), které byly vnitřně ještě dále členěné. Jednalo se o důsledek působení přirozených jevů (klimatotvorných faktorů), které byly, jsou a budou součástí přirozeného vývoje Země.
Velice rozšířeným omylem je vztahování orbitálních cyklů Země (změn náklonu osy Země, excentricity oběžné dráhy Země, precese neboli krouživého pohybu osy Země) k nyní probíhající klimatické změně. Souvislost mezi v současnosti probíhající klimatickou změnou a zemskou orbitou však nalézt nelze. Ani změny sluneční aktivity současnou klimatickou změnu významně neovlivňují, jejich vliv je řádově nižší než radiační působení zesíleného skleníkového efektu.
Schopnost pohlcovat dlouhovlnné záření mají molekuly plynů, které se skládají nejméně ze tří atomů. Nejvýznamnějšími skleníkovými plyny přirozeného původu jsou vodní pára, oxid uhličitý (CO2), metan (CH4) a oxid dusný (N2O). Koncentrace skleníkových plynů v atmosféře je obecně velice nízká. I nejběžnějšího skleníkového plynu – vodní páry – není v atmosféře více než 3 % a v chladném vzduchu je jí ještě řádově méně. Oxidu uhličitého je v atmosféře „jen“ 0,04 %, přitom na celkovém skleníkovém efektu se podílí asi jednou čtvrtinou. A metanu je ještě asi 200krát méně. Přes toto nízké až „stopové“ zastoupení skleníkových plynů atmosféra příkon energie na zemský povrch zvyšuje na trojnásobek.
Pod pojmem radiační působení (radiační bilance) zde rozumíme vliv lidských a přirozených faktorů na energetický, původně rovnovážný stav klimatického systému Země. Způsobuje změnu teploty Země a její radiační bilance, tj. příjmu sluneční energie oproti vyzařování do vesmíru. K významným antropogenním faktorům patří růst koncentrace skleníkových plynů, který má významný oteplující účinek, a troposférické aerosoly a růst albeda užíváním krajiny s významným ochlazujícím účinkem. K přirozeným faktorům patří sluneční příkon, kde se střídají mírné ochlazující a oteplující účinky, a stratosférické aerosoly vulkanického původu se silným, ale relativně krátkým ochlazujícím účinkem.
Vývojem civilizace se člověk zcela odlišil od jiných živočišných druhů. Dochází jak k obrovskému nárůstu lidské populace, tak i k nárůstu potřeb člověka. Člověk již potravu nesbírá a neloví, ale cíleně si ji pěstuje a chová, potraviny si vyrábí. Staví domy, kde si v zimě topí, v létě si chladí, staví továrny a vyrábí věci osobní potřeby, převáží suroviny, výrobky i potraviny, stále více cestuje za prací i zábavou nejen v rámci měst a států, ale i mezi kontinenty. Jeho spotřeba energie a surovin se zmnohonásobila.
Obrovským potenciálním úložištěm uhlíku je půda, která je největším terestrickým zásobníkem uhlíku. Lze konstatovat, že zemědělství a lesnictví mají obrovský potenciál tento plyn ukládat v půdě a případně také v biomase.